關於太陽能 : 太陽能與水力發電

對能源的整體評估不僅基於它的清潔程度；它還必須可靠、可訪問且價格合理。並非所有這些因素都可以整齊地歸類。例如，石油在美國往往相對便宜，但這部分是因為政府補貼化石燃料行業。同樣，雖然風能、太陽能和水電往往相對昂貴，但隨著使用量的增加，它們的成本多年來一直在穩步下降。

水電和太陽能的主要區別在於，水電是一種利用水產生能量的電力，而太陽能利用陽光產生能量。這兩種能量的產生方式也不同，並使用它們來生產電力。讓我們來看看兩者之間的關係。

• 成本差異

• 生產

• 可靠性

• 對環境造成的影響

• 用於小型便攜式設備

• 適用性

• 壽命

• 氣候影響

• 污染

太陽能與水能成本差異

在太陽能領域，巨大的前期成本是太陽能電池板系統的最大缺點之一。截至 2021 年 4 月，美國太陽能的平均成本約為每瓦 2.85 美元。

因此，在應用聯邦稅收抵免之前，一個 6 kW 的太陽能電池板系統平均會為您帶來 17,100 美元左右。

太陽能係統的實際成本因州和您有資格獲得的獎勵而異。

幸運的是，有可用的太陽能融資選擇。在許多情況下，您有資格獲得零首付太陽能貸款，這使您仍然可以節省電費並獲得擁有太陽能係統的好處。

在水力發電中，建造任何類型的發電廠都是昂貴的——水力發電廠的建造成本高達每千瓦 580 美元，而且它們的功率範圍通常從 10 兆瓦到 30 兆瓦（其中 1 兆瓦等於 1,000 千瓦）。

這意味著建造水電站的前期成本可能高達數百萬美元。例如，與太陽能裝置價格的下降相比，水電是一個更具挑戰性的可再生項目融資。

在生產成本方面，水電比太陽能具有很強的優勢。

美國能源部稱水電是美國最常見和最便宜的可再生能源形式。

水電占美國所有能源生產的 6%，占美國所有可再生能源的 70%。

太陽能裝置的成本往往要高得多。

例如，根據美國能源信息署的數據，2011 年使用水力發電的 1 兆瓦時電力成本為 90.3 美元，使用太陽能集熱器發電成本為 144.30 美元。

生產

在水力發電過程中，使用渦輪機將流動的水的動能轉化為水力發電。

水輪機將流動的水的能量轉化為機械能。水力發電機將這種機械能轉化為電能。

發電機的操作基於法拉第發現的原理。他發現當磁鐵經過導體時，它會導致電流流動。

在大型發電機中，電磁鐵是通過將直流電流循環通過纏繞在磁鋼疊片堆上的線圈而製成的。

這些被稱為場極，安裝在轉子的周邊。轉子連接到渦輪軸上並以固定速度旋轉。

當轉子轉動時，它會導致場極（電磁體）移動經過安裝在定子中的導體。反過來，這會導致電流流動並在發電機輸出端子上產生電壓

太陽能是通過使用太陽能板來獲取太陽光的能量並將其轉換為太陽能。

太陽輻射可以通過太陽能電池（光伏電池）直接轉化為電能。在這種電池中，當光照射到金屬和半導體（例如矽）之間的結或兩個不同半導體之間的結時，會產生小電壓。

單個光伏電池產生的功率通常只有大約兩瓦。

然而，通過連接大量的單個電池，就像在太陽能電池板陣列中一樣，太陽能發電廠或大型家庭陣列可以產生數百甚至數千千瓦的電力。

當今大多數光伏電池的能量效率僅為 15% 至 20%，並且由於太陽輻射強度較低，因此首先需要大型且昂貴的此類電池組件才能產生中等數量的電力。

可靠性

世界擁有豐富的免費太陽能。利用該國的沙漠和農田，並利用每年 300 至 330 天的晴天，世界可以輕鬆產生 50,000 萬億千瓦時的太陽能。

太陽能是增長最快的可再生能源技術之一，在相對較短的五年內，我們看到太陽能光伏資本成本和關稅急劇下降（超過 60%）。

在傳統電力成本增加、對電網電力可用性和可靠性以及太陽能的長期商業可行性的擔憂的背景下，商業和工業消費者正在安裝屋頂太陽能技術來滿足他們的需求。

投資太陽能還可以幫助公司實現其企業社會責任倡議以及長期商業收益。

世界已準備好成為太陽能行業的全球力量，新興的監管制度和高峰價格使這個機會變得真實而有吸引力。

太陽能可為並網和離網應用提供可快速擴展的解決方案，太陽能的一些優勢包括易於獲得電力、可再生能源、減少電費等。

水電是比太陽能更可靠的能源，因為它具有穩定的電力供應，而太陽能是一種間歇性能源，有時會出現能源供應中斷的時期，例如夜間和陰天。

大型太陽能發電項目的運行需要補充能源作為備用電源，並在需求高供應低時提供幫助。

對環境造成的影響

太陽為產生清潔和可持續電力而沒有有毒污染或全球變暖排放提供了巨大的資源。

與太陽能相關的潛在環境影響——土地使用和棲息地喪失、水資源使用以及製造過程中危險材料的使用——可能因技術而異，其中包括兩大類：光伏 (PV) 太陽能電池或聚光太陽能熱電廠（CSP）。

該系統的規模——從小型分佈式屋頂光伏陣列到大型公用事業規模光伏和 CSP 項目——也在環境影響水平中發揮著重要作用。

水電是世界上最便宜的可再生能源，包括太陽能。

然而，與太陽能相比，水力發電對環境的影響更大。特別是，水電需要築壩作為水源的河流和溪流，影響動物、魚類和植物的棲息地。

另一方面，太陽能對環境的影響有限；主要包括製造太陽能係統的能源成本。

在小型便攜式設備中使用

水電不像太陽能那樣是小型便攜式設備的可行電源。

太陽能可以作為手錶、手電筒或計算器的主要電源，因為移動設備比水源更容易接觸到太陽；傳導太陽能的光伏板可能非常小。

水電對渦輪機和水源的使用使其不適合需要靈活性的小型移動設備。

適應性

在太陽能領域，您家的建築結構會對太陽能電池板的安裝方式和位置產生重大影響。

首先，您的屋頂必須結構合理並且能夠支撐面板的重量，尤其是在大風期間。

您的屋頂材料也應該處於良好狀態，因為太陽能電池板通常會使用多年，並且在安裝新屋頂時必須拆除和更換。

對於每 1 kW 的容量，大約需要 100 平方英尺的表面空間。因此，對於典型的 5 kW 安裝，大約需要需要 500 平方英尺的空間。

在英國，太陽能電池板在朝南時通常最有效，但東和西也可以正常工作，具體取決於您的家人一天中什麼時間用電最多。

與往常一樣，經過培訓的太陽能集成商可以幫助您檢查能源消耗模式並確定適合您生活方式的最佳設計。

還必須考慮任何可以阻擋太陽和太陽能電池板（陰影）之間路徑的特徵，例如相鄰的樹木或煙囪等結構。

屋頂表面應適合長期使用。雖然您的太陽能電池板有助於延長屋頂表面的使用壽命，但它們也會阻礙維修和更換。

在水力發電中，由於資源不可用，因此並非所有地區都可以使用它，因此這將是一個艱難的選擇。

壽命

在太陽能發電中，容易發生故障的關鍵部件是太陽能電池板和逆變器。然而，高質量的產品往往具有很長的生命週期，這反映在可用的長保修期上，尤其是太陽能電池板。

太陽能電池板是一種相對簡單的設備，沒有移動部件。太陽能電池板通常有 25 年的輸出保修期，根據電池板的質量，預計可以持續超過 25 年。

此外，暴露在風中、溫度波動和天氣中的太陽能電池板確實會惡化，並且每年產生的電力會減少一些。更便宜的面板、更少的紫外線、穩定的背板、更便宜的密封劑和框架可以更快更快地退化。

太陽能電池板保修通常預測在第一年之後每年平均會損失 0.6% 的電力，因此，在 25 年輸出保修期結束時，太陽能電池板可能會損失高達其初始額定功率的 16.4%。

這意味著高效太陽能電池板將產生 315 瓦的功率；同一個面板在 25 年內可能只產生 261-269 瓦。實際上，對於生產質量較低的電池板，它們的初始功率可能為 250-260 瓦（太陽能電池板運行 25 年後的輸出），然後在 25 年後降低到每塊電池板 200 瓦。

逆變器是複雜的電子設備，必須每秒調整輸出功率；逆變器更容易出現故障，儘管使用最高質量組件設計的優質品牌可能會超過典型的 5 年保修期。許多製造商現在提供 10 年或更長的保修期。

儘管電纜、安全裝置和安裝系統的影響較小，但使用劣質材料可能會導致系統過早出現故障。

在非品牌插頭和電纜的情況下，會發生完整的系統故障。因此，可以說要獲得十年的低維護太陽能電力，需要購買優質的太陽能電池板、優質的太陽能逆變器。

水力發電具有很長的使用壽命。最古老的運行水電系統已有 100 多年的歷史，包括一些公用事業規模的系統。

水輪機本質上是相對低應力的機械部件，在非常穩定的負載條件下運行，沒有突然的負載變化。

如果定期維護（主要是潤滑軸承），這有助於延長使用壽命。

土木工程基礎設施應該幾乎無限期地持續下去，只要它得到維護。驅動系統（齒輪箱或皮帶）將需要定期換油/更換所有旋轉機械中的軸承。

大多數水電硬件製造商的設計壽命為 25 年，儘管這通常是因為他們必須設定一個數字，而且在許多情況下，同一製造商在現場有許多渦輪機，這些渦輪機已有 50 多年的歷史，並且仍然可靠高效地運行.

氣候變化的影響

在太陽能領域 雄心勃勃的氣候變化減緩計劃要求大幅增加可再生能源的使用，然而，這可能會使供應系統更容易受到氣候變異和變化的影響。

結果表明，與當前氣候條件下的估計相比，到本世紀末太陽能光伏供應的變化應該在（-14%；+2%）範圍內，其中北方國家的下降幅度最大。

發電的時間穩定性在未來的氣候情景中也不會受到強烈影響，甚至在南方國家顯示出略微積極的趨勢。

在水力發電方面，氣候變化可能會導致排放和可用水量減少，隨後水力發電量減少，而無需進一步建設，僅考慮現有設施。

污染

太陽能係統/發電廠不會產生空氣污染或溫室氣體。當太陽能替代或減少對環境有較大影響的其他能源的使用時，使用太陽能會對環境產生積極的、間接的影響。

然而，一些有毒材料和化學品用於製造將陽光轉化為電能的光伏 (PV) 電池。

一些太陽能熱系統使用具有潛在危險的流體來傳遞熱量。這些材料的洩漏可能對環境有害。美國環境法規範這些類型材料的使用和處置。

在水力發電中，熱污染是由人造結構引起的湖泊、河流和海洋的水溫變化。

這些溫度變化可能會對水生生態系統產生不利影響，特別是會導致野生動物種群減少和棲息地破壞。

任何影響水生環境平衡的做法都可能改變該環境的溫度，從而導致熱污染。

不過，可能會對熱污染產生一些積極影響，包括捕魚季節的延長和一些野生動物種群的反彈。

熱污染可能以溫水或冷水傾倒到湖泊、河流或海洋中的形式出現。

水體中沉積物堆積的增加會影響其濁度或混濁度，並可能降低其深度，這兩者都可能導致水溫升高。

增加陽光照射也可能會提高水溫。大壩可以通過在大壩後面建造水庫（人工湖）將河流棲息地轉變為湖泊棲息地。

水庫水溫通常比原始溪流或河流更冷。

熱污染的來源和原因是多種多樣的，這使得很難計算問題的嚴重程度。

由於水力發電廠（HPP）造成的熱污染可能不會直接影響人類健康，因此一般被忽視。因此，HPP 熱污染的來源和結果通常被忽略。

太陽能與水力發電結論

水力發電和太陽能發電都是不消耗有限資源的能源，而是利用可再生能源——水力發電和太陽能發電——利用它們來產生能量，而不會將它們從其他用途中排除。

水力發電和太陽能發電都不會造成嚴重的污染或浪費，因此兩者都對環境有益。